基于“哑”设备改造的制造业数字化转型路径研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 03 日 作者简介：宋兴亮（1985），男，汉族，宁夏石咀山人，本科，中级工程师，宁夏天地奔牛实业集团有限公司，研究方向为机械制造钳工自动化。-79-基于“哑”设备改造的制造业数字化转型路径研究 宋兴亮 宁夏天地奔牛实业集团有限公司，宁夏 石嘴山 753000 摘要：摘要：本研究旨在探讨制造业数字化转型的一种可行路径，该路径基于“哑”设备改造。“哑”设备改造是一种以小范围、低成本的改造方式，通过对制造设备的局部优化和数字化升级，有望提升制造业的竞争力和效率。本文通过案例研究和实证分析，深入探讨了“哑”设备改造在数字化转型中的应用潜力，以及实施“哑”设备改造的关键要素和挑战。研究发现，“哑”设备改造可以在不过多投入资金和资源的情况下，快速推动数字化转型进程，提高生产效率，降低生产成本，提升产品质量。本文还提出了一套适用于制造业企业的“哑”设备改造实施框架，以指导企业在数字化转型过程中的决策和行动。最后，本研究强调了在数字化转型中，持续创新和学习的重要性，以及制造业企业在“哑”设备改造中的潜在收益和长期竞争优势。关键词：关键词：制造业；数字化转型；“哑”设备改造；竞争力；实施框架；企业竞争优势 中图分类号：中图分类号：F426 1 概述 随着科技的迅猛发展，制造业正面临着前所未有的数字化转型机遇。数字化转型已经成为提高生产效率、降低成本、增强竞争力的必然趋势。然而，对于许多中小型制造企业而言，大规模数字化转型可能存在高昂的成本和复杂的技术挑战。为解决这一问题，本研究着眼于“哑”设备改造，这是一种低成本、高效益的改造策略，旨在通过局部、渐进的优化来推动数字化转型，以满足制造业的需求。本研究旨在探讨基于“哑”设备改造的制造业数字化转型路径，以揭示其在提升制造企业竞争力和效率方面的潜力。2“哑”设备改造与数字化转型的理论基础 2.1“哑”设备改造概念与原理 在制造业中，“哑”设备改造是一种基于小范围、局部的改造策略，其核心概念是通过对设备基础性能优秀且具备改造价值的生产设备进行局部优化和数字化升级，以实现生产过程的改进。“哑”设备改造的原理包括以下要点：局部优化：与传统的全面数字化设备替换相比，“哑”设备改造注重改进设备的特定部分或功能。这种局部改进可以更加精细地满足特定的生产需求，降低成本，并减少生产中断1。数字化升级：“哑”设备改造通常包括将传感器、数据采集系统和智能控制技术集成到现有设备中，以实现实时监测、数据分析和远程控制。这种数字化升级使企业能够更好地理解其生产过程，并作出及时的决策。渐进改善：“哑”设备改造采用渐进的方法，允许企业逐步改善其设备，而不是进行一次性大规模投资。这降低了改造投资的风险，并为企业在经营上提供了更大的灵活性。2.2 数字化转型在制造业的重要性 数字化转型在制造业中具有极其重要的地位。它代表了从传统制造方式向智能、高效和灵活的生产方式的转变。以下是数字化转型在制造业的重要性所体现的几个关键方面：提高生产效率：数字化转型通过实时数据分析、自动化流程和智能控制系统，可以显著提高生产效率，减少生产周期和资源浪费。降低生产成本：通过优化资源利用、减少废品和提高能源效率，制造业企业可以降低生产成本，提高竞争力。2.3“哑”设备改造与数字化转型的关联“哑”设备改造与数字化转型密切相关，它们之间存在紧密的关联性和互补性。“哑”设备改造作为数字化转型的一部分，为数字化转型提供了切入点和实施途径。以下是它们之间的关联：数据采集与分析：“哑”设备改造通常包括数字传感器的安装，这些传感器可以收集设备运行数据。这些数据可以用于数字化转型中的实时监测和分析，以改进生产方式、生产效率和质量。远程监控和控制：“哑”设备改造可以使制造企业实现设备的远程监控和控制。这使得企业能够更灵活地管理生产过程，响应突发事件，中国科技期刊数据库 工业 A-80-并最大程度地减少生产中断。如：设备名称：卧式仿形铣床，设备型号：FK-100，生产厂家：捷克哥德华尔特夫，出厂日期：1973 年，设备原操作方式：机械程控式操作，一次改造：三洋操作系统，二次改造：西门子 828D（2023 年进行）。设备基础件性能非常稳定，刚性强度好，可以进行大切削工作，但设备自身为机械程控式操作方式，操作方式不便利；无数控操作系统，人工操作难度较大，产品质量依靠工人经验掌握，产品加工效率、设备加工精度在设备出厂时期较高，随着时间增加已无法满足现有产品生产效率及产品精度要求。人员操控要求高，易造成设备与工件碰撞问题的发生；严重影响工作效率、产品质量；设备各驱动电机生产时间早，型号较为老旧，能耗大，不符合国家低碳能源消耗节能管理目标。3 方法 3.1 案例研究选取 为了深入探讨基于“哑”设备改造的制造业数字化转型路径，采用了多个案例研究方法，以获得全面的见解。案例选择的关键要素包括行业多样性、企业规模和数字化程度。以下是案例研究选取的详细步骤：行业代表性：首先，确保选择的案例代表了多个制造业领域，包括但不限于汽车制造、电子制造、食品加工等。这有助于理解“哑”设备改造的通用性和特殊性。多样化规模：选择了不同规模的企业，包括中小企业和大型制造企业。这有助于了解“哑”设备改造在不同规模企业中的实施情况和效果。3.2 数据收集与分析方法 数据收集将包括以下方法：深度访谈：将与每个案例企业的关键决策者和实施团队成员进行深度访谈，以获取他们的经验和见解。这些访谈将记录并分析，以揭示“哑”设备改造的具体应用情况。观察：通过实地观察，将了解“哑”设备改造的实施过程，包括改造前后的生产流程、设备状态和生产效率变化2。3.3 研究框架的构建 在研究框架的构建方面，将根据案例研究结果提出一个适用于制造业数字化转型的“哑”设备改造实施框架。这个框架将包括以下关键元素：“哑”设备改造决策：包括选择改造的设备、确定改造的范围和目标、评估潜在的收益和成本等。实施计划：确定改造的时间表、资源分配、团队建设等。4“哑”设备改造在数字化转型中的应用潜力 4.1 实施“哑”设备改造的案例分析 为了深入了解“哑”设备改造在数字化转型中的应用潜力，选择了多个制造业企业作为案例进行分析。以下是一些案例的关键发现：汽车制造企业案例：这家汽车制造企业采用“哑”设备改造策略，对其生产线上的机器人进行局部优化和数字化升级。通过增加传感器、改进控制算法，并实施实时监控系统，他们显著提高了机器人的运行效率和准确性。这一改造使生产线的生产能力提高了 15%，减少了产品缺陷率，降低了维护成本。电子制造企业案例：这家电子制造企业采用“哑”设备改造，将其生产设备连接到云平台，并实施了远程监控和诊断系统。这使他们能够实时监测设备状态，预测潜在故障，并采取预防性维护措施。结果，设备的可用性提高了 20%，生产停机时间减少了 40%，生产效率显著提高。机械制造业案例：这家传统机械制造企业采用“哑”设备改造，对部分设备进行数字化改造，将老旧落后的控制系统及部分机械传动结构进行升级改造，增加传感器、数控控制系统、高精密传动部件等，提高了设备精准化控制能力，对设备进行远程监控管理，实时掌握设备加工基本数据，减少不可控的人工干预。结果，设备运行实时数据直观可见，设备加工精度得到大幅改善，操作人员劳动工作强度有效改善，设备改造后工作效率较改造前提高 30%，产品质量提高 15%，生产效率显著提高。4.2 数字化转型带来的效益与机会 数字化转型带来了多重效益和机会，其中一部分源自“哑”设备改造的应用：提高生产效率：“哑”设备改造通过优化设备、提高生产过程的稳定性和减少停机时间，显著提高了生产效率。这可以通过实时数据监控和智能控制实现，使生产能够更加精细化和自动化。降低生产成本：通过“哑”设备改造，企业可以减少废品率、降低能源消耗、优化人力资源利用等，从而降低生产成本。这些成本节约可以在短期内实现，对企业盈利能力产生积极影响。提升产品质量：数字化转型和“哑”设备改造可以提供更精确的质量控制，降低产品缺陷率，提高产品质量和一致性。这有助于增强企业的声誉并满足客户的高质量要中国科技期刊数据库 工业 A-81-求。定制化生产：数字化转型使企业能够灵活地满足客户的个性化需求，提供定制化的产品和服务。这为企业创造了市场竞争优势，增加了市场份额。4.3 成本与投资回报分析 虽然“哑”设备改造带来了显著的效益和机会，但企业在实施“哑”设备改造时需要考虑成本和投资回报。成本包括改造设备的费用、数字化技术集成成本、培训费用等。然而，通过仔细的成本与效益分析，可以发现投资回报率是可观的。具体的投资回报分析包括以下步骤：成本估算：识别和估算“哑”设备改造的各项成本，包括硬件、软件、劳动力和培训成本等。确保全面考虑一次性和持续性成本3。效益估算：评估“哑”设备改造带来的效益，包括生产效率提升、成本降低、产品质量改善和市场竞争力增强等。这需要依靠案例研究和实际数据进行量化。投资回报计算：利用成本和效益估算，计算“哑”设备改造的投资回报率（ROI）。这是一个关键的决策指标，有助于企业确定改造是否具有经济上的可行性。经过上述改造后，设备操作更为简便，机床静态、动态运行精度更高，机械结构传动更为平稳、可靠，数控系统操控定位精准度大幅提升，设备可自行进行工艺仿真验证，减少设备碰撞问题的发生，提高设备高效利用率，比一次改造后工件加工效率提升 20%，产品质量提高 20%，员工劳动强度大幅下降，设备运行数据也可进行及时监控，提高生产连续性，对生产决策、设备维护、故障分析等方面提供数据支撑。成本比值：设备生产于 1973 年，属于进口高尖端设备，且工作台尺寸大，可加工工件产品范围广，当时此设备为建厂时期国家煤炭工业部统一调拨，无设备采购价格，设备经过 50 年使用，机床各基础部件性能稳定，刚性强度好，具备继续使用价值。根据 2023 年市场调研，同型号、同类型设备市场价格 200-350 万元区间。此设备一次改造时间为2000 年，改造投入约 29 万元，一次改造经过 23 年使用，设备基础件稳定性能、刚性强度仍然良好，仍具备深度改造价值。为提升设备数字化性能，2023 年对其进行电气系统二次改造，此次改造价格为 56 万元。公司现有此设备 2 台，此台改造完成后，对另一台计划继续实施改造。5“哑”设备改造的关键要素与挑战 5.1 实施“哑”设备改造的关键成功因素“哑”设备改造的成功实施依赖于多个关键因素，以下是一些关键成功因素：明确定义的目标和战略：在“哑”设备改造之前，企业需要明确其数字化转型的目标，并制定清晰的战略。这有助于确保改造工作朝着正确的方向前进，并使整个团队都能对最终目标有清晰的认识。高层管理支持：高层管理层的积极支持和承诺对于改造的成功至关重要。他们不仅提供资金支持，还能够为改造项目提供战略指导和资源。跨职能团队协作：“哑”设备改造通常涉及多个部门和职能，如工程、IT、生产、设备管理和质量管理。成功的改造需要这些团队之间的紧密协作和协调。5.2 面临的技术与管理挑战 尽管“哑”设备改造带来了许多机会，但也伴随着一些技术和管理挑战：数据安全与隐私：“哑”设备改造通常涉及大量的数据收集和共享。因此，确保数据的安全性和隐私保护是一个关键挑战，特别是在受到法规限制的行业中。技术整合：“哑”设备改造可能涉及不同供应商和技术平台的整合。确保各种技术能够无缝协作是一项复杂的技术挑战。5.3 风险管理与应对策略 在“哑”设备改造过程中，风险管理是至关重要的。以下是一些常见的风险和应对策略：技术风险：风险：技术可能无法按计划工作，导致项目延迟或失败。应对策略：进行充分的技术评估和测试，建立备用方案，定期进行风险评估4。成本超支：风险：项目成本可能超出预算。应对策略：制定详细的预算计划，进行严格的成本控制，及时调整预算。6 结语 本文深入探讨了基于“哑”设备改造的制造业数字化转型路径，提出了一个全面的实施框架，涵盖了目标明确化、资源准备、设备评估与选择、数字化集成、监测与优化、文化变革与员工参与、风险管理与应对策略等关键步骤。通过案例验证，证实了这一框架的实用性和有效性。“哑”设备改造代表了制造业数字化转型的未来趋势，为企业带来了提高生产效率、降低成本、提升产品质量、实现定制化生产等多重机会。然而，实施“哑”设备改造也伴随着技术和管理挑战，需要企业充分准备和有效应对。中国科技期刊数据库 工业 A-82-参考文献 1熊立贵,涂志刚.基于旧设备改造升级助力智能制造业发展研究J.机电工程技术,2020,49(01):69-70,158.2祁苏.煤矿机械加工制造业的设备改造研究J.电子制作,2013(15):217.3王通旭,张晓凯,张荣宇等.低参数煤气发电机组升级改造方案实例分析J.冶金动力,2019(12):49-51.4李旭升,熊锴彬,刘贤荣.东方型 300MW“哑”临界“W”型火焰锅炉炉内低氮燃烧改造J.中国高新技术企业,2015(31):91-93.